Modelo matemático de un horno resistivo para termoformado de láminas de polipropileno

Abstract

En el presente trabajo se desarrolla un modelo matemático de un horno resistivo para la producción de planchas termoformadas, localizado en una planta de producción de la ciudad de Riobamba. El objetivo de la investigación es conseguir la estabilidad de la temperatura y que, al pasar por el proceso de termoformado, las planchas tengan una dimensión homogénea que garantice la satisfacción del cliente. Para ello se analizan las variables físicas que rigen los fenómenos de transferencia de calor; radiación, convención y conducción, y así obtener un modelo matemático que prediga el perfil de temperatura del horno en el proceso de termoformado, a partir del cual se diseña un controlador utilizando varias técnicas de control que se acoplen al sistema de forma eficiente. En la primera etapa de la investigación se plantea un estudio teórico de los fenómenos físicos y las ecuaciones matemáticas que los representan. Luego son resueltas a través de técnicas computacionales usando Simulink para conseguir el perfil de temperatura. Por último, se valida este modelo comparándolo con aquellos ya obtenidos en trabajos anteriores a través de técnicas estadísticas; finalmente, se propone un nuevo controlador que garantice la variabilidad mínima de la temperatura. Como resultado de la simulación se consigue una variación de ±1 mm del ancho de la plancha.//A mathematical model of a resistive oven for the production of thermoformed sheets is developed in this paper; such oven is located in a production plant in the city of Riobamba. The objective of the research is to achieve temperature stability and that the plates have a homogeneous dimension when going through the thermoforming process, to guarantee customer satisfaction. For this purpose, the physical variables that govern the heat transfer phenomena, namely radiation, convection and conduction, are analyzed, to obtain a mathematical model that predicts the temperature profile of the oven in the thermoforming process, from which a controller is designed using various control techniques that are efficiently coupled to the system. A theoretical study of the physical phenomena and of the mathematical equations that represent them is proposed in the first stage of the research. Then, they are solved through computational techniques using Simulink to obtain the temperature profile. Finally, this model is validated by comparing it with those obtained in previous works through statistical techniques, and a new controller that guarantees minimum temperature variability is proposed. As a result of the simulation, a variation of ±1 mm in the width of the plate is achieved.